Навигация по странице: -Е±
|
Процессы и аппараты нефтегазо- переработки. процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии куиии д., Левеншпиль о
lga=il^(7,03-l,l5lgn + _^) (XIII,32)
где Т — рабочая температура, К; я — давление в системе, мм рт. ст.
ИСПАРЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ БИНАРНЫХ И МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ
Процесс частичного испарения (конденсации) исходной смеси, проводимый с целью получения одного из продуктов, обогащенного НКК (ВКК), называется перегонкой (конденсацией).Различают постепенное, однократное и многократное испарение (конденсацию) смесей.
Образующийся при перегонке отгон, продукт, обогащенный НКК, в дальнейшем подвергают конденсации. Процесс постепенного испарения (конденсации) осуществляют так, что образовавшаяся в процессе испарения (конденсации) паровая (жидкая) фаза непрерывно удаляется из системы в момент ее образования. При этом принимают, что сосуществующие в системе фазы находятся в состоянии равновесия.
Процессы однократного испарения (ОН) или однократной конденсации (ОК) осуществляют таким образом, чтобы образовавшиеся в системе паровая и жидкая фазы оставались в ней до наступления состояния равновесия, после чего их разделяют.
Многократный процесс испарения или конденсации состоит в повторении несколько раз процессов ОН или ОК с целью более полного разделения исходной смеси.
Схемы рассмотренных процессов даны на рис. XIII-9.
В промышленности процессы испарения и конденсации проводят при изобарных или близких к ним условиях.
Рис. XIII-9. Основные виды процессов испарения и конденсации:
— процессы испарения; а — постепенное; 6 — однократное (ОИ); в — многократное;
— процессы конденсации; г — постепенная; д — однократная (ОК); е — многократная; I, V — испаритель; 2, 2' — конденсатор; 3 — приемник; 4, 4* — испаритель; 5, 5* — разделительный сосуд (сепаратор).
Постепенное испарение (конденсация). При постепенном испарении (конденсации) образуются бесконечно малые порции пара (жидкости), поскольку бесконечно мало изменение температуры системы. Обозначим число молей исходной загрузки g'
ё = £ В[
При бесконечно малом изменении температуры исходная загрузка изменится на величину dg'
dg' = £ dg]
(О
При этом соответствующие порции компонентов dg'i перейдут из жидкой фазы в паровую. Согласно определению, концентрации любого компонента смеси составят: в паровой фазе
, _ dg'i _ dg'i J Ц dg] dg'
в жидкой фазе
Между тем образовавшаяся паровая фаза находится в равновесии с жидкой фазой, т. е.
Vi = V
dgj
dg'
= Kt
II
g'
Отсюда следует, что
или
dg g
Полученное дифференциальное уравнение имеет следующее решение:
in=/<г in-V (хш,зз)
где F'i и F' — начальное количество данного компонента и исходной загрузки.
Аналогичное уравнение можно составить и для /г-го компонента смеси
g In -Е±- = Кк |п Г, F г
поскольку KJKk тучесги
ait k — коэффициент
относительной ле-
In
8t_
F‘t
— at,kln
El
К
(XIII,34)
гк
Если обозначить долю отгона в дистиллят е* = (F' — g')IF', то
е\ = О e')xi
g> =F'(l-e’) и
Ft = Fxi,F
где xit f — концентрация компонента в исходной смеси.
Тогда уравнение (XII 1,34) можно представить в следующем виде:
(XIII, 35)
Jfl
(1-е')*; (1-е') Ч
; = al, к In ;
Xi,F Xk, F
Уравнения (XIII,34) и (XIII,35) позволяют рассчитывать процесс постепенного испарения (конденсации) с учетом того, что при конденсации
1 -е’=r' (XIII ,30)
где г' — доля конденсации исходных паров.
Начальный состав жидкости x'i,f определяется из условия равновесия с исходным паром. Для бинарной смеси уравнение (XIII,35) запишется в виде
(1 — е')х’ . (1 — с') (1 — х') (Yn,
In-5 т-t-—= aln — — (XIII,3/)
Хр 1 Хр
Составы компонентов смеси х\ должны удовлетворять уравнению изотермы жидкой фазы
п = Ц pi*t (О
или
= 1 (XI 11,38)
(<)
Обычно предварительно задаются температурой конца процесса, затем по уравнению (XIII,37) определяют составы х’ и проверяют их соответствие уравнению (XIII,38).
Однократное испарение (конденсация) бинарных смесей. Схема процесса ОИ показана на рис. XII1-9. Материальный баланс процесса может быть представлен уравнениями: общий
F=D+W (XIII,39)
и для низкокипящего компонента
FxF=Dy + Wx (XIII,40)
где F — масса сырья; D — масса отгона; U? — масса остатка; х, у — концентрация низкокипящего компонента в жидкости и паре.
При совместном решении приведенных уравнений получим _D = xF — x^e (XIII,41)
Ь у —х
Отношение DIF = е массы образовавшихся паров к массе исходной смеси называется долей отгона.
Аналогичное соотношение можно записать и для мольных единиц. Уравнение (XIII,40) в мольных единицах с использованием доли отгона можно записать в следующем виде:
х'р = е у -(- (1 — е ) х (XIII,42)
Поскольку образовавшийся пар и жидкий остаток находятся в равновесии, то у' = Ках'■ С учетом этого соотношения уравнение (X 111,42) можно представить следующим образом:
(XIII,43)
(XIII,44)
Хр — X Хр — х
6 У’ —X' _ (Ка — \)Х'
Заменив х' согласно уравнению (XIII,25), получим
, _ XF (Ка *») — (1 — Хш)
(Ka-VV-Kw)
Из уравнения (XIII,44) при известной концентрации НКК в исходной смеси и заданных температуре и давлении можно однозначно определить мольную долю отгона. Массовая е и мольная е' доли отгона связаны следующим соотношением. Число молей образовавшихся паров равно FelMy, где Му — молекулярная масса паров. Это же число молей будет равно Fe'IMcu, где Мси — молекулярная масса исходной смеси. Отсюда получаем соотношение
е.Мсм=е'Му (XIII,45)
Так как Мсы > Ми, то е < е'.
Процесс ОИ связан с подводом тепла QB и характеризуется следующим уравнением теплового баланса:
n?F + QB=Dit + m? (XIII,46)
Из материального баланса
W =F—D
тогда уравнение (XIII,46) можно записать так
(XIII,47)
(XIII,48)
D(i4-ir)=F[(i^ + QB/F)-iT]
обозначив
*?f + Qb/p = *
получим
D 9-*Г
На энтальпийной диаграмме уравнение (XIII,49) представляет собой прямую, проходящую через три точки: (xF, 0), (х, tf)
и (у, i"). Процесс ОИ бинарной смеси можно проанализировать, используя изобарные температурные кривые и энтальпийную диаграмму (рис. XIII-10).
Точка F отвечает исходной смеси состава хР при температуре tP. Нагревание жидкости от температуры tF до ^ на обеих диаграммах соответствует перемещению по вертикали от точки F до W1 (соответственно г^), так как состав смеси не изменяется. В точке И?! (или wx) температура смеси tl соответствует температуре ее кипения. Образующийся при этом пар ук находится в рав
У2
новесии с исходной жидкостью!
При ОИ сырью сообщается тепло QB и его температура достигнет величины t (точки С и с). Положение точки с определяется ординатой 0 и абсциссой хР.
В точке С (или с) система становится двухфазной, составы и энтальпия жидкости и пара, образовавшихся в процессе ОИ, определяются точками W (или w) и D (или d).
Уравнение (XIII,49) соответствует прямой wd. Из сопо-
Рис. XIII-10. Представление процесса ОИ (ОК) бинарной смеси на изобарных температурных кривых и энтальпийной диаграмме.
ставления этого уравнения с отрезками прямых на рис. ХШ-10 следует, что
wc we
е WD wd Величина 0 определяет количество тепла, внесенного в процесс на единицу массы сырья. Из уравнений (XIII,41) и (XI11,48) получим
е
Хр — х
|
|
|